(57)【要約】【課題】光ファイバ母材の製造において、多孔質ガラス体を出発部材に形成する際、多孔質ガラス体の割れや脱落を防止する光ファイバ母材の製造方法を提供する。【解決手段】出発部材にガラス微粒子を堆積させる前に、定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下に出発部材１を予備加熱する。予備加熱源として、ガラス微粒子の堆積に使用するバーナ３、４、５を用いることが好ましい。この際に、各バーナにより予備加熱を行い、出発部材１全体において、ガラス微粒子の堆積直前まで予備加熱を持続することが好ましい。【選択図】        図２
2005035813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発部材にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成する光ファイバ母材の製造方法において、ガラス微粒子を堆積させる前に出発部材を予備加熱することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
出発部材の温度を、予備加熱によって定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下とすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】
出発部材にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成する光ファイバ母材の製造方法において、ガラス微粒子を堆積させる前に出発部材を予備加熱する際に、予備加熱に用いる加熱源として、ガラス微粒子の堆積に使われるバーナを利用することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項４】
複数本のバーナを用いて多孔質ガラス体を製造する際、各バーナによってガラス微粒子を堆積させる前に予備加熱を行うことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
複数本のバーナのうち、一本のバーナを用いて出発部材を予備加熱する際、このバーナの作動によってガラス微粒子が堆積する出発部材の部位の温度を、該部位の定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下とすることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
コア用バーナによって出発部材を予備加熱する際に、このコア用バーナの作動によってガラス微粒子が堆積する出発部材の部位の温度を、該部位の定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下としたのち、コア用バーナを作動させ、コアとなるガラス微粒子を堆積させ、
次いで、第一クラッド用バーナによって出発部材を予備加熱する際に、この第一クラッド用バーナの作動によってガラス微粒子が堆積する出発部材の部位の温度を、該部位の定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下としたのち、第一クラッド用バーナを作動させ、クラッドの一部となるガラス微粒子を堆積させ、
次いで、第二クラッド用バーナによって、出発部材を予備加熱する際に、この第二クラッド用バーナの作動によってガラス微粒子が堆積する出発部材の部位の温度を、該部位の定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下としたのち、第二クラッド用バーナを作動させ、クラッドの一部となるガラス微粒子を堆積させることを特徴とする請求項４記載の光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＶＡＤ法などによって光ファイバ母材を製造する方法に関するものである。特に、ガラス微粒子を堆積させる前に出発部材を予備加熱し、多孔質ガラス体の割れなどを防止するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材の製造方法として、ガラス原料ガスを火炎中で加水分解反応させてガラス微粒子（スート）を合成し、出発部材の外周部及び下端部にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を得て、これを電気炉中で焼結し、透明ガラス化し光ファイバ母材を得るＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）がある。
【０００３】
図３は、このようなＶＡＤ法によって、光ファイバ母材を製造する際の多孔質ガラス体の形成工程を示すものである。
図３において、符号１は出発部材を示す。この出発部材１は、例えば石英ガラスなどからなる丸棒状のものであって、その基端部は把持装置２に把持され、回転しながら上方に移動するようになっている。
【０００４】
この出発部材１の側方には、１又は複数のガラス微粒子の堆積用バーナが設けられている。図３には、一例として３本の多重管構造のバーナ３、４、５が設けられている。これらのバーナ３、４、５には、それぞれＳｉＣｌ４などのガラス原料ガスと水素、酸素、アルゴンなどが供給され、火炎中でＳｉＯ２などからなるガラス微粒子が形成され、このガラス微粒子が出発部材１の外周部及び下端部に堆積してゆき、多孔質ガラス体６が形成されるようになっている。
【０００５】
このような多孔質ガラス体６の形成方法においては、その形成の途中において多孔質ガラス体６が割れたり、多孔質ガラス体６の成長に伴ってこれが出発部材１から脱落したりするなどの不都合があった（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６２−１７０３７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、出発部材に多孔質ガラス体を形成する際に、多孔質ガラス体の割れ、脱落が生じないようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、請求項１の発明は、出発部材の外周部にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成する光ファイバ母材の製造方法において、ガラス微粒子を堆積させる前に出発部材を予備加熱することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法を提供する。
請求項２の発明は、前記出発部材の温度を、予備加熱によって定常ガラス堆積温度よりも１００℃以上高く、かつ１５００℃以下とすることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法を提供する。
【０００９】
請求項３の発明は、出発部材にガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を形成する光ファイバ母材の製造方法において、ガラス微粒子を堆積させる前に出発部材を予備加熱する際、予備加熱に用いる加熱源として、ガラス微粒子堆積に使われるバーナを利用することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法を提供する。
請求項４の発明は、ガラス微粒子の堆積を複数本のバーナを用いて行う際に、各バーナにおいて前記堆積を始める前に前記予備加熱を行うことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法を提供する。
【００１０】
請求項５の発明は、複数本のバーナのうち、一本のバーナを用いて出発部材を予備加熱する際、このバーナの作動によって多孔質ガラス体が堆積する出発部材の部位の温度を、該部位の定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下とすることを特徴とする光ファイバの製造方法を提供する。
請求項６の発明は、コア用バーナによって出発部材を予備加熱する際に、このコア用バーナの作動によってガラス微粒子が堆積する出発部材の部位の温度を、該部位の定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下としたのち、コア用バーナを作動させ、コアとなるガラス微粒子を堆積させ、次いで、第一クラッド用バーナによって出発部材を予備加熱する際に、この第一クラッド用バーナの作動によってガラス微粒子が堆積する出発部材の部位の温度を、該部位の定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下としたのち、第一クラッド用バーナを作動させ、クラッドの一部となるガラス微粒子を堆積させ、次いで、第二クラッド用バーナによって、出発部材を予備加熱する際に、この第二クラッド用バーナの作動によってガラス微粒子が堆積する出発部材の部位の温度を、該部位の定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下としたのち、第二クラッド用バーナを作動させ、クラッドの一部となるガラス微粒子を堆積させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明者は、上記の多孔質ガラス体の割れ、脱落の原因を究明したところ、特に、多孔質ガラス体と出発部材が接しているところはひびが入り易く、多孔質ガラス体の割れの原因となることが多いということを発見した。また、出発部材に接しているガラス微粒子の嵩密度が低いと、多孔質ガラス体と出発部材の密着力が弱くなり多孔質ガラス体の脱落が生じる。さらに、前記ガラス微粒子の嵩密度が低いほど多孔質ガラス体の割れも起こりやすくなることがわかった。
【００１２】
したがって、多孔質ガラス体の割れや脱落を防止する為には、多孔質ガラス体の嵩密度を上げることが好ましいことが知られている。しかしながら、多孔質ガラス体には適した嵩密度が存在する。このため、嵩密度を上げすぎることは多孔質ガラス体の特性悪化を招くことになり、多孔質ガラス体の嵩密度をむやみに高めて、多孔質ガラス体の割れ、脱落を防止することは適切ではない。したがって、多孔質ガラス体全体の嵩密度を高める以外の方策が必要となる。この方策として、出発部材を所定温度に予備加熱することを知見した。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図１及び図２は、本発明の光ファイバ母材の製造方法の一例を示す概略図である。
図１において、符号１は出発部材を示す。この出発部材１は、例えば石英ガラスなどからなる丸棒状のものであって、その基端部は把持装置２に把持され、回転しながら上方に移動するようになっている。
【００１４】
この出発部材１の側方には、例えば、それぞれ多重管構造のコア用バーナ３、第一クラッド用バーナ４、及び第二クラッド用バーナ５が設けられている。
図１及び図２に示すように、コア用バーナ３は、出発部材１の下端部ａを加熱し、第一クラッド用バーナ４はコア用バーナ３によって加熱される下端部ａの上方の外周部ｂを加熱し、第二クラッド用バーナ５は外周部ｂの上方の外周部ｃを加熱するように、配置されている。
これらのバーナ３、４、５は、本来ガラス微粒子を堆積させるためにＳｉＣｌ４などのガラス原料ガスと水素や酸素などを供給し、火炎中でＳｉＯ２などからなるガラス微粒子を形成し、このガラス微粒子を出発部材１の外周部及び下端部に堆積してゆき、多孔質ガラス体を形成するものであるが、本発明においては、ガラス微粒子の堆積に先立って、これらバーナ３、４、５を利用して出発部材１を予備加熱する。このバーナ３、４、５を利用した予備加熱は次のようにして行われる。
【００１５】
本発明において、定常ガラス堆積温度とは、一本以上のガラス微粒子の堆積用バーナがすべて作動し、ガラス微粒子の堆積が継続して安定して行われ、目的とする多孔質ガラス体が形成される時の多孔質ガラス体の表面温度を呼称するものである。この定常ガラス堆積温度は、通常４００〜１０００℃、好ましくは６００〜９００℃の範囲から選ばれ、±１０℃程度の変動が存在する。また、この定常ガラス堆積温度は、多孔質ガラス体の製造前に、多孔質ガラス体の仕様等によって、上記範囲から適宜選択され、決定されるものである。さらに、この定常ガラス堆積温度は、個々の堆積用バーナによってそれぞれガラス微粒子が堆積される部位ごとに設定される。例えば、コア用バーナ３が作動しているときは、コアとなるガラス微粒子が継続して安定して堆積している部分の多孔質ガラス体の表面温度が、該部位における定常ガラス堆積温度となる。
【００１６】
通常、バーナによってガラス微粒子を堆積し、多孔質ガラス体を形成する際の、定常ガラス堆積温度は４００〜１０００℃、好ましくは６００〜９００℃とされている。このため、出発部材の予備加熱時の出発部材の目標温度を、これより約１００℃以上高く、かつ１５００℃以下とする。例えば、下端部ａ、外周部ｂ、及び外周部ｃにおける定常ガラス堆積温度を、それぞれ６００℃、７５０℃、９００℃とした場合の下端部ａ、外周部ｂ、及び外周部ｃにおける予備加熱の際の目標温度は、それぞれ７００〜１５００℃、８５０〜１５００℃、１０００〜１５００℃となる。
予備加熱の際の温度が定常ガラス堆積温度より１００℃未満であると、予備加熱による多孔質ガラス体の割れ、脱落防止効果が十分に得られず、また、予備加熱を１５００℃より高くすると、ガラス微粒子がガラス化してしまい、多孔質ガラス体の形成に適さないからである。
【００１７】
まず、バーナ３、４、５にガラス原料ガスを含まない、酸素や水素などを供給して火炎７を生成し、この火炎を出発部材１の下端部ａ、外周部ｂ及び外周部ｃに当ててこれを加熱する。下端部ａ、外周部ｂ及び外周部ｃにおける出発部材１の温度は、図示しない赤外線温度計によって遠隔的に測定される。この測定温度が上記の目標温度に達したら、バーナ３、４、５にＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４などのガラス原料ガスを追加供給し、予備加熱から順次、多孔質ガラス体の生成に移行する。
【００１８】
なお、上記予備加熱の際、バーナ３、４、５による出発部材の下端部ａ、外周部ｂ及び外周部ｃの加熱を同時に開始する場合と、これらバーナ３、４、５による予備加熱に時間差を設ける場合がある。すなわち、各バーナによる予備加熱の開始時間及び各バーナへのガラス原料ガスの供給開始時間は、光ファイバの製造装置、製造速度などに応じて適宜調整することができる。こうして、出発部材１へのガラス微粒子の堆積の直前まで、これを加熱することで、出発部材１の表面温度が低下することなく、予備加熱本来の効果が得られる。
【００１９】
予備加熱から多孔質ガラス体の生成に移行する際、例えば以下のように行う。
図１に示すように、まずコア用バーナ３に水素、酸素を供給して出発部材１を予備加熱する。この時、第一及び第二クラッド用バーナ４、５は未点火の状態でよい。次いで、下端部ａの温度が上記目標温度に達したら、コア用バーナ３にガラス原料ガスを追加供給し、図２に示すように、出発部材１の下端部ａにコアとなるガラス微粒子を堆積する。
【００２０】
このコア用バーナ３へのガラス原料ガスの追加供給の時点と相前後して、第一クラッド用バーナ４に水素、酸素を供給して、出発部材１の外周部ｂを予備加熱する。この時、コア用バーナ３を定常通り作動させ、出発部材１の下端部ａにコアとなるガラス微粒子の堆積を続ける。また、第二クラッド用バーナ５は未点火の状態でよい。
次に、図３に示すように、出発部材１の外周部ｂの温度が目標温度に達し、かつ、コア用バーナ３へのガラス原料ガスの追加供給から約０〜１２０分経過後に、第一クラッド用バーナ４にガラス原料ガスを追加供給して、第一クラッド用バーナ４からガラス微粒子を生成し、出発部材１の外周部ｂに堆積を開始し、クラッドとなる多孔質ガラス体６の一部を形成する。
【００２１】
この第一クラッド用バーナ４へのガラス原料ガスの追加供給と相前後して、第二クラッド用バーナ５に水素、酸素を供給して、出発部材１の外周部ｃを予備加熱する。この時、コア用バーナ３及び第一クラッド用バーナ４を定常通り作動させ、出発部材１の下端部ａにコアとなるガラス微粒子の、外周部ｂにクラッドの一部となるガラス微粒子の堆積を続ける。
次いで、図４に示すように、第二クラッド用バーナ５による予備加熱により、出発部材１の外周部ｃの温度が目標温度に達し、かつ、第一クラッド用バーナ４へのガラス原料ガスの供給開始後、約０〜１００分経過したのち、第二クラッド用バーナ５へのガラス原料ガスの供給を開始し、クラッドとなる多孔質ガラス体６の残部を形成する。
【００２２】
かくして、３本のバーナ３、４、５によりコア及びクラッドを形成するガラス微粒子が生成され、図５に示すように、ガラス微粒子を継続して安定的に堆積することで、多孔質ガラス体６が形成される。図５において、コア用バーナ３によってガラス微粒子が堆積する部位の定常ガラス堆積温度は、多孔質ガラス体６の先端部ｆであり、第一クラッド用バーナ４によってガラス微粒子が堆積する部位の定常ガラス堆積温度は、多孔質ガラス体６の外周部ｅであり、第二クラッド用バーナ５によってガラス微粒子が堆積する部位の定常ガラス堆積温度は、多孔質ガラス体６の外周部ｆである。
このようにして得られた多孔質ガラス体６を、次いで、塩素化合物含有雰囲気中で加熱をして脱水処理を行い、さらに加熱して透明ガラス化することにより、光ファイバ母材が得られる。
【００２３】
このような光ファイバ母材の製造方法にあっては、出発部材を定常ガラス堆積温度よりも１００℃以上高く、かつ１５００℃以下に加熱しておき、予備加熱された状態の出発部材１上にガラス微粒子を堆積して、多孔質ガラス体６を生成するものであるので、こうして製造された多孔質ガラス体６は、出発部材１に接する部分の嵩密度が高く、したがって割れや出発部材１からの脱落を起こしにくく、かつ多孔質ガラス体全体の特性を悪化させることもない。
【００２４】
また、出発部材１の予備加熱源のための熱源として、既設のガラス微粒子生成用のバーナ３、４、５を流用できるので、新たな熱源を必要とせず、設備コストが増加することもない。
さらに、バーナ３、４、５において各バーナの予備加熱は、各バーナによるガラス微粒子の出発部材１への堆積直前まで維持するようにしているので、出発部材１全体がガラス微粒子で覆われる寸前まで予備加熱されることになり、多孔質ガラス体の割れ、脱落が完全に防止される。
【００２５】
以上、３本のガラス堆積用バーナを使用した場合を例示して説明したが、本発明は３本以外の前記バーナを使用した場合にも適用できるものである。
さらに、本発明においては、上記予備加熱に用いられる熱源に、ガラス微粒子生成用のバーナ以外に赤外線ヒータや予備加熱専用のバーナなどを新たに使用してもよい。装置のコストを抑えるためには、前記予備加熱源としてガラス微粒子を堆積させるためのバーナを使用することが望ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、具体的な実施例を示して本発明の効果を明らかにする。
【００２７】
実施例１
図１ないし図５に示したような多孔質ガラス体の製造装置を用いて、前述したように、石英ガラスからなる出発部材の下端部及び外周部にガラス微粒子を３本の多重管構造のバーナ３、４、５を使用して出発部材１の下端部ａ、外周部ｂ及び外周部ｃに堆積させ、多孔質ガラス体を生成した。この際、コア用バーナ３へのガラス原料ガスの追加供給から約６０分経過後に、第一クラッド用バーナ４にガラス原料ガスを追加供給して、さらに、第一クラッド用バーナ４へのガラス原料ガスの供給開始後、約５０分経過したのち、第二クラッド用バーナ５へのガラス原料ガスの供給を開始した。
【００２８】
各バーナ３、４、５へのガラス原料ガスの供給開始以前に、出発部材１の先端部ａ、外周部ｂ、外周部ｃがそれぞれ下記に示す温度になるように各部位を予備加熱した。
バーナ３：下端部ａ；１００℃以下〜１５６０℃
バーナ４：外周部ｂ；１０２０℃
バーナ５：外周部ｃ；１０４０℃
【００２９】
なお、下端部ａ、外周部ｂ及び外周部ｃにおける定常ガラス堆積温度は、それぞれ７２０℃、７７０℃、７９０℃とした。したがって、外周部ｂ及び外周部ｃにおいて、ガラス微粒子を堆積する直前の出発部材の温度と定常ガラス堆積温度との差はともに２５０℃であった。
このようにして生成された多孔質ガラス体が直径約１８０ｍｍ、長さ１４００ｍｍに達するまでに、下端部ａにおいて起こった多孔質ガラス体の割れ、脱落について調べた結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2005035813.tif 000003
【００３１】
また、予備加熱によって下端部ａの温度を１５００℃より高い温度に加熱し、ガラス微粒子の堆積を行ったところ、ガラス微粒子が堆積する時にガラス化してしまい、多孔質ガラス体を形成できなかった。
以上の結果から、下端部ａにおいて出発部材の温度を、ガラス微粒子を堆積させる直前の温度が、定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下になるように予備加熱すると多孔質ガラス体の割れや脱落が起こりにくいことが分かった。
【００３２】
実施例２
実施例１と同様にして、多孔質ガラス体を形成した。この際、出発部材１にガラス微粒子を堆積させる以前に、下端部ａ、外周部ｂ及び外周部ｃの温度が以下のようになるように各バーナによって出発部材を予備加熱した。
バーナ３：下端部ａ；８６０℃
バーナ４：外周部ｂ；８２０〜１０２０℃
バーナ５：外周部ｃ；１０４０℃
したがって、下端部ａ及び外周部ｃにおいて、ガラス微粒子を堆積する直前の出発部材の温度と定常ガラス堆積温度との差は、それぞれ１４０℃、２５０℃であった。
このようにして生成された多孔質ガラス体が直径約１８０ｍｍ、長さ１４００ｍｍに達するまでに、外周部ｂにおいて起こった多孔質ガラス体の割れ、脱落について調べた結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2005035813.tif 000004
【００３４】
表２に示すように、外周部ｂにおいても出発部材の温度を、ガラス微粒子を体積させる直前の温度が、定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下になるように予備加熱すると多孔質ガラス体の割れや脱落が起こりにくいことが分かった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明による光ファイバ母材の製造方法は、ガラス微粒子を堆積させる前に出発部材を予備加熱するものであるので、多孔質ガラス体の割れや出発部材からの脱落を防止できる。請求項２の発明は、前記出発部材の温度を、定常ガラス堆積温度よりも１００℃以上高く、かつ１５００℃以下にするものであるので、多孔質ガラス体の割れや出発部材からの脱落を防止できる。請求項３の発明は、前記予備加熱をガラス微粒子の堆積用のバーナを使用して行うものであるので、装置のコストが抑えられる。請求項４の発明は、前記予備加熱を複数本のバーナを用いて個々に行うものであるので、多孔質ガラス体の割れや出発部材からの脱落を効果的に防止できる。請求項５の発明は、複数本のバーナのうち、一本のバーナを用いて出発部材を定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下に予備加熱するものであるので、多孔質ガラス体の割れや出発部材からの脱落を防止できる。請求項６の発明は、複数本のバーナを用いて予備加熱を行う際、それぞれのバーナの作動によってガラス微粒子が堆積される部位において、定常ガラス堆積温度より１００℃以上高く、かつ１５００℃以下に予備加熱するものであるので、多孔質ガラス体の割れや出発部材からの脱落を効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ母材の製造方法による多孔質ガラス体の生成工程を示す概略図である。
【図２】本発明の光ファイバ母材の製造方法による多孔質ガラス体の生成工程を示す概略図である。
【図３】本発明の光ファイバ母材の製造方法による多孔質ガラス体の生成工程を示す概略図である。
【図４】本発明の光ファイバ母材の製造方法による多孔質ガラス体の生成工程を示す概略図である。
【図５】本発明の光ファイバ母材の製造方法による多孔質ガラス体の生成工程を示す概略図である。
【図６】従来の光ファイバ母材の製造方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・出発部材、３・・・コア用バーナ、４・・・クラッド用第一バーナ、５・・・クラッド用第二バーナ、６・・・多孔質ガラス体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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